DE19625070A1 - Ignition device for two-stroke or four-stroke IC engine - Google Patents

Ignition device for two-stroke or four-stroke IC engine

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Abstract

The cylinder head is provided with two electrodes (7,8) connected to a HT supply (9). When a set compression is reached i.e. when the piston (3) crown reaches a set spacing from the electrodes, a discharge path (15) is formed between the piston crown and each electrode to ignite the fuel/air mixture. The ignition system can also operate with only one electrode and with the other connection to the HT supply via the piston/engine block. The piston crown can be fitted with a structured pattern of contacts which include spark gaps to spread the ignition effect.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündungseinrichtung für Brenn­ kraftmaschinen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an ignition device for burning Engines according to the preamble of claim 1.

Zum Entflammen oder Zünden des Brennstoffgemisches bei Ottomotoren werden nach dem Stand der Technik Zündkerzen verwendet, die mit der Sekundärwicklung eines Zündübertra­ gers oder Zündspule verbunden sind über einen Hochspannungs­ verteiler. Die Primärwicklung des Zündübertragers oder Zündspule wird in Abhängigkeit von der Lage der Kurbelwelle, der Anzahl der Takte und der Anzahl der Zylinder periodisch geladen und durch Unterbrechen des Ladevorgangs, was der Initiierung der Zündung entspricht, entladen.To ignite or ignite the fuel mixture According to the state of the art, gasoline engines become spark plugs used with the secondary winding of an ignition transfer gers or ignition coil are connected via a high voltage distributor. The primary winding of the ignition transformer or Ignition coil depending on the position of the crankshaft, the number of cycles and the number of cylinders periodically loaded and by interrupting the loading process what the Initiation of the ignition corresponds to discharge.

Diese, dem Stand der Technik zugehörigen Zündungseinrichtungen haben den Nachteil, daß zum Laden der benötigten Zündspule Aufladezeit benötigt wird. Dieser Aufladevorgang der Zünd­ spule verläuft nach einer Exponentialfunktion und benötigt einige msec, mit der Folge, daß bei einem 4-Takter 8-Zylinder beispielsweise die Zündspule nicht mehr vollständig geladen werden kann, oder daß dann bspw. zwei unterschiedlich ange­ steuerte Zündspulen notwendig werden. Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, daß bei konventionellen Spulenzündein­ richtungen der Aufladevorgang der Zündspule geregelt werden muß und komplizierte Hardware und Softwarekomponenten bereit­ gestellt werden müssen.These ignition devices belonging to the state of the art have the disadvantage that to load the required ignition coil Charging time is needed. This charging process of the Zünd coil runs according to an exponential function and is required a few msec, with the result that with a 4-stroke 8-cylinder for example, the ignition coil is no longer fully charged can be, or that then, for example, two differently controlled ignition coils become necessary. Another disadvantage can be seen in the fact that with conventional coil ignition directions of the charging process of the ignition coil are regulated must and complicated hardware and software components ready must be asked.

Daher liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Zündungseinrichtung anzugeben, die ohne Zündspulen aus­ kommt und bei der der Zündvorgang im Brennraum der Brenn­ kraftmaschine ohne konventionelle Zündkerzen initiiert werden kann und wobei kein Unterbrecherkontakt oder entsprechende Soft- und Hardwarekomponenten benötigt werden.The present invention is therefore based on the object specify an ignition device that is made without ignition coils comes and in which the ignition process in the combustion chamber of the burner engine can be initiated without conventional spark plugs can and no break contact or equivalent Software and hardware components are required.

Diese Aufgabe wird durch den kennzeichnenden Teil des An­ spruchs 1 erfindungsgemäß gelöst. This task is performed by the characteristic part of the To claim 1 solved according to the invention.  

Die erfindungsgemäße Zündungseinrichtung hat den Vorteil, daß die benötigte Zündspannung ohne Verzugszeit an den Elektroden anliegt, daß keine Zündübertrager oder Zünd­ spulen benötigt werden mit einer komplizierten Ansteuer­ schaltung, bestehend aus Hard- und Softwarekomponenten und daß die Bohrung wie bei konventionellen Zündkerzen in den Zylinderboden nicht schräg unter einem bestimmten Winkel erfolgen muß, sondern senkrecht erfolgen kann, was die Fertigungskosten beträchtlich reduziert.The ignition device according to the invention has the advantage that the required ignition voltage to the Electrodes are present that no ignition transformer or ignition coils are required with a complicated control circuit consisting of hardware and software components and that the bore as with conventional spark plugs in the cylinder bottom not obliquely below a certain one Angle must be done, but can be done vertically what the manufacturing costs significantly reduced.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further advantageous embodiments of the invention result itself from the subclaims.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren dargestellt.An embodiment of the invention is in the figures shown.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 die erfindungsgemäße Zündungseinrichtung im Schnitt, Fig. 1, the ignition device of the invention in section;

Fig. 2 eine Modifikation zu Fig. 1, Fig. 2 shows a modification to Fig. 1,

Fig. 3 eine weitere Modifikation zu Fig. 1. Fig. 3 shows a further modification to FIG. 1,.

Die in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Zündungsein­ richtung zeigt mit dem Bezugszeichen 1 das zu entflammen­ de oder zu zündende Brennstoffgemisch, das sich in dem Brennraum 2 befindet, in dem der Kolben 3 vermittels der Kurbelwelle 4 und dem Pleuel 5 das Brennstoffgemisch 1 in dem Zylinder 6 verdichtet. Das Brennstoffgemisch 1 wird durch Anlegen einer relativ hohen Spannung an die in den Brennraum 2 ragende Elektroden 7, 8, von denen die eine Elektrode 7 mit der einen Polarität und die Elektrode 8 mit der anderen Polarität der Hochspannungseinheit 9 verbunden sind dann gezündet oder entflammt, wenn der Kolben 3 in den Bereich des oberen Totpunkts gelangt ab einer bestimmten Kurbelwellenlage. Es bildet sich dann selbsttätig eine Funkenstrecke 15, indem der Kolben 3, insbesondere der Kolbenboden 12 in das Potentialfeld der beiden Elektroden 7, 8 taucht und somit ab einem bestimmten kritischen Abstand im Bereich des oberen Tot­ punkts die Funkenstrecke 15 bildet.The Zündungsein device shown in Fig. 1 shows with the reference numeral 1 to ignite de or ignite fuel mixture, which is located in the combustion chamber 2 , in which the piston 3 by means of the crankshaft 4 and the connecting rod 5, the fuel mixture 1 in the cylinder 6 compressed. The fuel mixture 1 is then ignited or ignited by applying a relatively high voltage to the electrodes 7 , 8 projecting into the combustion chamber 2 , of which the one electrode 7 with one polarity and the electrode 8 with the other polarity of the high-voltage unit 9 are then ignited or ignited, when the piston 3 reaches the area of top dead center from a certain crankshaft position. A spark gap 15 is then formed automatically by the piston 3 , in particular the piston crown 12 , being immersed in the potential field of the two electrodes 7 , 8 and thus forming the spark gap 15 from a certain critical distance in the area of the top dead center.

Gemäß einer nicht dargestellten Modifikation kann die Funkenstrecke 15 auch dadurch gebildet werden, daß nur eine Elektrode in den Brennraum 2 ragt, die mit der einen Polarität der Hochspannungseinheit 9 verbunden ist, deren andere Polarität an Massebezugspotential anliegt, mit dem die Brennkraftmaschine verbunden ist, wodurch der Kolben die andere Elektrode darstellt. Durch Annähern des Kol­ bens 3 im Bereich des oberen Totpunkts an die eine Elek­ trode wird das Brennstoffgemisch 1 durch eine sich dadurch bildende Funkenstrecke 15 selbsttätig entflammt oder ge­ zündet.According to a modification, not shown, the spark gap 15 can also be formed in that only one electrode protrudes into the combustion chamber 2 , which is connected to one polarity of the high-voltage unit 9 , the other polarity of which is connected to the ground reference potential to which the internal combustion engine is connected, as a result of which the piston is the other electrode. By approaching the piston 3 in the area of top dead center to the one electrode, the fuel mixture 1 is automatically ignited or ignited by a spark gap 15 thereby formed.

Gemäß Fig. 2 ist der Kolbenboden 12 im Bereich der Elek­ troden 7, 8 mit den Vertiefungen 13, 14 versehen. Gemäß der zuvor beschriebenen Modifikation - nicht dargestellt - kann entsprechend der einen in den Brennraum ragenden Elek­ trode nur eine Vertiefung vorgesehen sein. Vorzugsweise sind die Vertiefungen 13, 14 V-förmig und können aus in den Kolbenboden 12 eingegossenen Blechen bestehen.Referring to FIG. 2, the piston head 12 is trodes in the field of elec 7, provided with the depressions 13, 14 8. According to the modification described above - not shown - only one depression can be provided in accordance with the electrode protruding into the combustion chamber. The depressions 13 , 14 are preferably V-shaped and can consist of sheets cast into the piston crown 12 .

Gemäß Fig. 3 ist in den Kolbenboden 12 die Isolierscheibe 16 eingelassen, in der sternförmig angeordnete, aus elektrisch leitfähigem Material bestehende Funkenteiler 17 angeordnet sind, durch die die Funkenstrecke 15 zwischen den beiden Elektroden 7, 8 in mehrere Teile aufgeteilt wird. According to FIG. 3, the insulating disk 16 is embedded in the piston crown 12 , in which are arranged star-shaped spark dividers 17 made of electrically conductive material, through which the spark gap 15 between the two electrodes 7 , 8 is divided into several parts.

Erfindungsgemäß kann die Hochspannungseinheit 9 die Elektroden 7, 8, die durch die Isolatoren 10,11 vom Gehäuse der Brennkraftmaschine isoliert sind, mit Gleich- oder Wechselspannung versorgen. In einer bevorzugten Ausführungsform liefert die Hochspannungseinheit 9 eine drehzahlabhängige Spannung. Außerdem kann der Betrag der Spannung der Hochspannungseinheit 9 an den Elektroden 7, 8 gesteuert oder geregelt werden zur Bestimmung eines Zündzeitpunktes. Ferner kann die Spannung der Hochspannungs­ einheit 9 erst ab einer bestimmten Stellung der Kurbelwelle im Bereich des oberen Totpunkts an die Elektroden 7, 8 geschaltet werden. Die Spannung der Hochspannungseinheit 9 an den Elektroden 7, 8 kann zwischen 5000 V und 250 000 V betragen. Die Zündungseinrichtung ist gekennzeichnet durch ihre Verwendung bei Zwei-Takter oder Vier-Takter Ottomotoren. Die Hochspannungseinheit 9 ist dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Hochspannungskaskade enthält.According to the invention, the high-voltage unit 9 can supply the electrodes 7 , 8 , which are insulated from the housing of the internal combustion engine by the insulators 10, 11 , with direct or alternating voltage. In a preferred embodiment, the high-voltage unit 9 supplies a speed-dependent voltage. In addition, the magnitude of the voltage of the high-voltage unit 9 on the electrodes 7 , 8 can be controlled or regulated in order to determine an ignition timing. Furthermore, the voltage of the high-voltage unit 9 can only be switched to the electrodes 7, 8 from a certain position of the crankshaft in the area of top dead center. The voltage of the high-voltage unit 9 at the electrodes 7 , 8 can be between 5000 V and 250 000 V. The ignition device is characterized by its use in two-stroke or four-stroke gasoline engines. The high-voltage unit 9 is characterized in that it contains a high-voltage cascade.

BezugszeichenlisteReference list

1 Brennstoffgemisch
2 Brennraum
3 Kolben
4 Kurbelwelle
5 Pleuel
6 Zylinder
7 Elektrode
8 Elektrode
9 Hochspannungseinheit
10 Isolator
11 Isolator
12 Kolbenboden
13 Vertiefung
14 Vertiefung
15 Funkenstrecke
16 Isolierscheibe
17 Funkenteiler 1 fuel mixture
2 combustion chamber
3 pistons
4 crankshaft
5 connecting rods
6 cylinders
7 electrode
8 electrode
9 high voltage unit
10 isolator
11 isolator
12 piston crown
13 deepening
14 deepening
15 spark gap
16 insulating washer
17 spark splitters

Claims (13)

1. Zündungseinrichtung für eine Brennkraftmaschine, bei der ein zu entflammendes Brennstoffgemisch (1) in einem Brennraum (2), in dem ein Kolben (3) vermittels einer Kur­ belwelle (4) und einem Pleuel (5) das Brennstoffgemisch (1) in einem Zylinder (6) verdichtet, durch Anlegen einer relativ hohen Spannung an in den Brennraum (2) ragende Elektroden entflammt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Elektroden (7, 8) in den Brennraum (2) ragen, von de­ nen die eine Elektrode (7) mit der einen Polarität und die andere Elektrode (8) mit der anderen Polarität einer Hochspannungseinheit (9) verbunden sind, und daß das Brenn­ stoffgemisch (1) durch Annäherung des Kolbens (3) im Be­ reich des oberen Totpunkts an die Elektroden (7, 8) durch eine sich dadurch bildende Funkenstrecke (15) selbsttätig entflammt wird.1. Ignition device for an internal combustion engine in which a fuel mixture to be ignited ( 1 ) in a combustion chamber ( 2 ) in which a piston ( 3 ) by means of a cure belwelle ( 4 ) and a connecting rod ( 5 ) the fuel mixture ( 1 ) in one Compressed cylinder ( 6 ) is ignited by applying a relatively high voltage to electrodes protruding into the combustion chamber ( 2 ), characterized in that two electrodes ( 7 , 8 ) protrude into the combustion chamber ( 2 ), one of which has an electrode ( 7 ) with one polarity and the other electrode ( 8 ) with the other polarity of a high-voltage unit ( 9 ), and that the fuel mixture ( 1 ) by approaching the piston ( 3 ) in the area of top dead center to the electrodes ( 7 , 8 ) is automatically ignited by a spark gap ( 15 ) thereby formed. 2. Zündungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß nur eine Elektrode (7) in den Brennraum (2) ragt, die mit der einen Polarität der Hochspannungsein­ heit (9) verbunden ist, und die andere Polarität der Hoch­ spannungseinheit (9) an Massebezugspotential anliegt, mit dem die Brennkraftmaschine verbunden ist, wodurch der Kol­ ben (3) die andere Elektrode (8) darstellt, und daß das Brennstoffgemisch (1) durch Annäherung des Kolbens (3) als anderer Elektrode (8) im Bereich des oberen Totpunkts an die eine Elektrode (7) durch eine sich dadurch bildende Funkenstrecke (15) selbsttätig entflammt wird.2. Ignition device according to claim 1, characterized in that only one electrode ( 7 ) protrudes into the combustion chamber ( 2 ), which is connected to one polarity of the high-voltage unit ( 9 ), and the other polarity of the high-voltage unit ( 9 ) to ground reference potential with which the internal combustion engine is connected, whereby the Kol ben ( 3 ) represents the other electrode ( 8 ), and that the fuel mixture ( 1 ) by approaching the piston ( 3 ) as another electrode ( 8 ) in the region of the upper Dead center to which an electrode ( 7 ) is automatically ignited by a spark gap ( 15 ) thereby formed. 3. Zündungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Kolbenboden (12) im Bereich der Elek­ troden (7, 8) bzw. der Elektrode (7) mit Vertiefungen (13, 14) bzw. mit einer Vertiefung (13) versehen ist. 3. Ignition device according to claim 1 or 2, characterized in that the piston crown ( 12 ) in the region of the elec trodes ( 7 , 8 ) or the electrode ( 7 ) with depressions ( 13 , 14 ) or with a depression ( 13th ) is provided. 4. Zündungseinrichtung nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (13, 14) V-förmig sind.4. Ignition device according to one of the preceding claims, characterized in that the recesses ( 13 , 14 ) are V-shaped. 5. Zündungseinrichtung nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (13, 14) aus in den Kolbenboden (12) eingegossenen Blechen bestehen.5. Ignition device according to one of the preceding claims, characterized in that the depressions ( 13 , 14 ) consist of sheets cast into the piston crown ( 12 ). 6. Zündungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Kolbenboden (12) in einer Isolierschei­ be (16) sternförmig angeordnete, aus elektrisch leitfähi­ gem Material bestehende Funkenteiler (17) angeordnet sind, durch die die Funkenstrecke (15) zwischen den beiden Elek­ troden (7, 8) in mehrere Teile aufgeteilt wird.6. Ignition device according to claim 1, characterized in that in the piston crown ( 12 ) in an insulating plate ( 16 ) arranged in a star shape, consisting of electrically conductive material consisting of spark splitters ( 17 ) are arranged, through which the spark gap ( 15 ) between the two Electrodes ( 7 , 8 ) is divided into several parts. 7. Zündungseinrichtung nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochspannungs­ einheit (9) die Elektroden (7, 8) mit Gleich- oder Wechsel­ spannung versorgt.7. Ignition device according to one of the preceding claims, characterized in that the high-voltage unit ( 9 ) supplies the electrodes ( 7 , 8 ) with direct or alternating voltage. 8. Zündungseinrichtung nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochspannungs­ einheit (9) eine drehzahlabhängige Spannung liefert.8. Ignition device according to one of the preceding claims, characterized in that the high-voltage unit ( 9 ) delivers a speed-dependent voltage. 9. Zündungseinrichtung nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Betrag der Spannung der Hochspannungseinheit (9) an den Elektroden (7, 8) der Zündzeitpunkt gesteuert bzw. geregelt werden kann.9. Ignition device according to one of the preceding claims, characterized in that the ignition timing can be controlled or regulated by the amount of voltage of the high-voltage unit ( 9 ) on the electrodes ( 7 , 8 ). 10. Zündungseinrichtung nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung der Hoch­ spannungseinheit (9) erst ab einer bestimmten Stellung der Kurbelwelle im Bereich des oberen Totpunkts an die Elektroden (7, 8) geschaltet wird. 10. Ignition device according to one of the preceding claims, characterized in that the voltage of the high voltage unit ( 9 ) is only switched to the electrodes ( 7 , 8 ) from a certain position of the crankshaft in the area of top dead center. 11. Zündungseinrichtung nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung der Hoch­ spannungseinheit (9) an den Elektroden (7, 8) zwischen 5000 V und 250 000 V beträgt.11. Ignition device according to one of the preceding claims, characterized in that the voltage of the high voltage unit ( 9 ) on the electrodes ( 7 , 8 ) is between 5000 V and 250 000 V. 12. Zündungseinrichtung nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochspannungsein­ heit (9) eine Hochspannungskaskade enthält.12. Ignition device according to one of the preceding claims, characterized in that the high-voltage unit ( 9 ) contains a high-voltage cascade. 13. Zündungseinrichtung nach einem der vorangehenden An­ sprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung bei Zwei-Takter oder Vier-Takter Ottomotoren.13. Ignition device according to one of the preceding An sayings, characterized by the use of Two-stroke or four-stroke petrol engines.
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